Реферат

Реферат Металлургия

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 21.9.2024



1Металлургия — наука о промышленных способах по­лучения металлов и металлических сплавов — одна из древнейших отраслей знания.

История материальной культуры человечества нераз­рывно связана с использованием металлов. Переход от каменных орудий труда (каменный век) к орудиям ме­таллическим явился величайшим достижением челове­чества, вызвавшим бурный рост производительных сил.

Около 7—6 тысяч лет до н. э. человек впервые начал исполь­зовать самородные металлы: золото, серебро, медь. В V — IV ты­сячелетиях до н. э. началась выплавка из руд меди, олова, свинца. Наступил медный век — медные орудия труда и оружие посте­пенно вытесняли каменные изделия. Примерно в III тысячелетии до н. э. появление и применение бронзы — сплава меди с оловом, зна­чительно более прочного и твердого, чем другие известные в то вре­мя металлы, ознаменовало начало бронзового века — дальнейшего важного этапа в развитии материальной культуры. Железо сначала, вероятно, метеоритное, а затем и восстанавливаемое из руды, было известно очень давно. Все более широкое применение железа, а за­тем стали —его сплавов с углеродом в конце II тысячелетия до н. э. открывает железный век — по определению Ф. Энгельса — «.... героическую эпоху — эпоху железного меча, а вместе с тем же­лезного плуга и топора».

Ф. Энгельс указывал, что железо «... важнейший вид сырья, сы­гравший революционную роль в истории»1. В. И. Ленин называл же­лезо одним из фундаментов цивилизации.

До н. э. были известны золото, серебро, медь, железо, олово, свинец, ртуть; к XVIII в. были открыты цинк, висмут, сурьма, пла­тина, мышьяк; в настоящее время известно около 80 металлов. Прак­тическое использование многих металлов началось значительно поз­же их открытия как химических элементов. Например, только в 1948 г. было получено несколько тонн титана, открытого как эле­мент в 1791 г.

Все металлы и сплавы условно принято подразделять на черные (железные) и цветные (нежелезные).

Черные металлы и сплавы, К ним относят железо и его сплавы с углеродом: сталь (практически до 1,5% С), чугун (2,5- 4,6% С), а также ферросплавы; наиболее важное значение имеет сталь.

Сталь -
Обобщенное Название очень большой группы железоуглеродистых сплавов основа современной тех­ники. Ее производство примерно в двадцать раз превышает общее производство всех остальных металлов и сплавов.

Чугун был известен еще до н. э. Серый чугун является наиболее распространенным литейным сплавом. Переде­льный чугун с XIII—XIV вв. служит основным исход­ным материалом для выплавки стали.

Техническое железо — железо с минимальным содер­жанием углерода и других примесей — производят в небольших количествах для нужд электротехники и др.

К этой группе относят также ферросплавы, например ферросилиций (до 2,5% С, 9 — 13% Si, основа железо) и др., применяемые при выплавке стали.

Цветные металлы и сплавы. В настоящее время ис­пользуют около 65 цветных металлов и очень много цветных сплавов. К ним относятся медь, алюминий, титан, никель, олово, цинк и т. д.; алюминиевые, тита­новые, медные и многие другие сплавы. Хром, никель и многие другие элементы используют для получения наи­более качественных конструкционных легированных, нержавеющих, жаропрочных сталей. Алюминиевые и ти­тановые сплавы — основные конструкционные материа­лы в авиации и некоторых других областях техники. Медь — основной проводниковый материал в электро-и радиотехнике; медные сплавы — латуни и бронзы— широко применяют в машиностроении. Все более широ­кое применение находят тугоплавкие и редкие металлы: молибден, тантал, бериллий и др.

По-видимому, нет ни одной машины или прибора, в которых не применялись бы цветные металлы в чистом виде или в виде различных сплавов (включая и легиро­ванные стали) и неметаллических соединений.

Подчеркивая значение металлов, следует отметить, что современная техника не мыслима без использования неметаллических материалов, прежде всего пластиче­ских масс. Несмотря на быстро развивающееся произ­водство пластмасс, ведущая роль принадлежит метал­лам и их сплавам. Пластмассы и другие неметалличе­ские материалы заменяют примерно только 5—6% ме­талла.
РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

По производству стали и чугуна, а также ферроспла­вов, железной руды, агломерата, кокса СССР занимало первое место в мире.

Зарождение русской металлургии относится к древнейшим вре­менам. В XVIII в. Россия по выплавке стали и чугуна занимала пер­вое место в мире. В XIX в. по производству металла Россия начина­ет все больше отставать от развитых капиталистических стран. В 1913 г. по выплавке стали (4,2 млн. т) Россия занимала пятое место в мире, далеко отставая от США (31 млн. т), Англии (10 млн. т). Цветная металлургия удовлетворяла потребность по меди на 85%, по цинку на 6%, по свинцу на 3%; не было производства алюминия, никеля, олова и других металлов. Технический уровень в металлургии был очень низким.

В годы предвоенных пятилеток была проведена коренная рекон­струкция крупных старых заводов, построены новые современные металлургические заводы, в том числе такие гиганты, как Магнито­горский и Кузнецкий металлургические комбинаты.

В 1940 г. было выплавлено более 18 миллионов тонн стали (третье место в мире); особое внимание было обращено на дальней­шее увеличение выпуска качественных сталей. Возникло отечествен­ное производство алюминия, никеля, магния и других цветных ме­таллов.

В послевоенный период отечественная металлургия развивалась невиданными темпами. Были восстановлены на новой технической базе заводы Юга, значительно расширены Магнитогорский комби­нат и другие заводы, построены Череповецкий (1955 г.), Караган­динский (1961 г.) и ряд других заводов.

В 1975 г. было выплавлено 141 млн. т стали — зна­чительно больше, чем в США, Японии, ФРГ и других странах. По техническому уровню наша металлургия занимала и занимает ведущее место в мире.
2МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Руды. В настоящее время известно около 80 металлов (т.е. примерно 80% всех элементов), общая масса которых в земной коре составляет около 25%. Примерное содержание (%) некоторых элементов в ней следующее:


Кислород...... 4 Хром...... 2-10 -2
Кремний...... 28 Медь...... 1-10 -2
Алюминий...... 8 Никель...... 8-10 -3
Железо....... 5 Цинк...... 5-10 -3
Кальций...... 3,6 Олово...... 4 -10 -3
Натрий 2,6 Молибден 3-10-4
Калий 2,6 Вольфрам 1-10-4
Магний 2,1 Серебро 1-10-5
Титан 1 Золото 1-10-7

Почти все металлы из-за их большой химической активности находятся в природе в виде химических соеди-нений—окисных (кислородных), сернистых, угле­кислых, кремнистых и др., входящих в состав различных горных (минеральных) пород. Исключение составляют химически стойкие самородные золото, платина, серебро, реже — медь.

Рудой называется природное минеральное сырье (горные породы), содержащее металл, извлечь который можно экономически выгодным промышленным спосо­бом. Некоторые руды, особенно цветных металлов, являются комплексными (полиметаллическими), т.е. содержат не один, а несколько ценных металлов. Кроме соединений металла, в руде всегда имеется пустая порода — другие природные химические соединения, не содержащие данного металла.

Качество руды определяется прежде всего ее богат­ством, т.е. содержанием извлекаемого металла. Другими критериями при оценке качества руды являются хими­ческая природа и свойства пустой породы, восстанавли­ваемость металла из руды и т. п. Очень важное значение имеет присутствие в ней вредных примесей, например серы и фосфора в железной руде. К наиболее богатым относятся железные руды, содержащие в среднем 40— 50% железа. Руды цветных металлов, как правило, более бедные и редко содержат выше 2% металла. Использование все более бедных руд приводит к необхо­димости совершенствовать способы их обогащения пе­ред плавкой.

Металлургические процессы. Задачей металлургии является получение металлов и металлических сплавов из руд или из других исходных материалов. Для этого применяют следующие основные способы.

Пирометаллургический основан на том, что тепло, необходимое для выплавки металла или сплава, обеспечивается сжиганием топлива. К пирометаллургии относятся доменный процесс выплавки чугуна из желез­ной руды, мартеновский способ передела чугуна в сталь, выплавка меди из медных руд и многие другие металлур­гические процессы.

Электрометаллургический заключается в выплавке металлов и сплавов в дуговых, индукцион­ных и других электрических печах. Кроме того, некото­рые металлы получают путем электролиза из расплавов их химических соединений (например, получение алюми­ния из глинозема А1203) или же из водных растворов солей (например, рафинирование, т. е. получение чистой меди из раствора сернокислой меди CuS04).

Гидрометаллургический основан на выще­лачивании металлов из руд при помощи растворителей и последующем выделении металла из раствора. Этот способ находит применение, например,, при извлечении меди из медных руд.

Химико-металлургический заключается в получении металла при помощи химических и метал­лургических процессов. Типичным примером может служить производство титана по схеме: титановая

руда получение четыреххлористого титана (ТЛС14) восстановление титана магнием.

Кроме этих основных способов, металлы и сплавы получают также методом порошковой металлургии, электроннолучевой, плазменной плавкой и другими способами.
3МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО

Основными горючими компонентами топлива являют­ся углерод и водород нередко в виде углеводородов и других соединений. К негорючей части относятся азот, влага, зола. В топливе часто находится сера — вредная примесь, которая может переходить в металл, ухудшая его качество.

Важнейшей характеристикой топлива является его теплотворность — количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива. Кроме того, при оценке качества топлива учитывают температуру его воспламенения, зольность и другие характеристики.

Основными видами металлургического топлива явля­ются кокс, мазут, а также газы — природный (естествен­ный), доменный (колошниковый) и коксовый.

Кокс — главное топливо при выплавке чугуна в до­менных печах и в вагранках — печах для расплавления чугуна в литейных цехах. Его используют также при агломерации, в цветной металлургии и т.д.

Кокс представляет собой твердую пористую спекшую­ся массу, получающуюся из коксующихся каменных уг­лей после удаления из них летучих веществ в специаль­ных печах путем пиролиза, т. е. разложения при прока­ливании измельченного угля без доступа воздуха при 950—1100° С в течение 15—18 ч.

Металлургический кокс в среднем содержит 85—: 90% углерода, 0,5—2% серы, до 0,2% фосфора, около 1% летучих, 10—13% золы, до 5% влаги. Его теплотвор­ная способность равна 6500—7500 ккал/кг.

Кокс — дорогое и дефицитное топливо. Его получа­ют только из некоторых сортов коксующихся углей (кок­совых, жирных и др.), запасы которых составляют при­мерно 10% всех запасов угля. В СССР разработаны способы получения металлургического кокса из смесей, содержащих значительное количество некоксующихся углей.

Побочными продуктами коксования являются ценные химические вещества: бензол, фенолы, нафталин, ка­менноугольная смола и др., а также коксовый газ (см. ниже).

Мазут широко применяется для отопления стале­плавильных мартеновских печей, нагревательных печей в прокатных и других цехах. Он представляет собой жидкий остаток при переработке нефти — после возгон­ки из нее бензина, керосина и других легких фракций. Достоинства мазута — высокая теплотворная способ­ность: 9500—10500 ккал/кг, отсутствие золы при сжига­нии, простота регулирования горения.

Природный газ — высококалорийное дешевое топливо. В последние годы он находит в металлургии все возрастающее применение. Он состоит в основном из метана СН4 (92—98%); его теплотворная способность не менее 8000 ккал/м3. Начавшееся сравнительно недав­но применение природного газа позволило значительно интенсифицировать процессы плавки в доменных и мар­теновских печах, значительно повысить их производи­тельность, уменьшить расход дорогостоящего кокса в производстве чугуна.

Коксовый газ содержит 46—63% водорода, 21 — 27% метана, 2—7% окиси углерода, 4—18% азота и имеет теплотворную способность 3600—4500 ккал/м3.

Он используется как топливо в коксовых и других печах, а также как сырье в химической промышленности.

Доменный (колошниковый) газ — побочный про­дукт при выплавке чугуна в доменных печах. Его ис­пользуют на металлургических заводах в качестве топ­лива в чистом виде или в смеси с коксовым газом.
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Чугун — железоуглеродистый сплав, содержащий бо­лее 2% углерода. Кроме углерода, в нем всегда присут­ствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), а также фос­фор и сера. Чугун является основным исходным мате­риалом для получения стали, на что расходуется примерно 80—85% всего чугуна. Вместе с тем чугун — наиболее распространенный литейный сплав (см. в раз­деле III, гл. 3).

РУДЫ, ФЛЮСЫ.

Железные руды — основной исходный материал для выплавки чугуна. Рудный минерал (рудное вещество) чаще всего представляет собой окислы железа, хорошо восстанавливающиеся в условиях доменной плавки. Пустая порода обычно состоит из кварца и песчаников с примесью глин, т.е. является кислой (избыток Si02).

Железные руды в отличие от медных и многих дру­гих относительно богаты. Наиболее богатые руды содер­жат 60% железа и больше, наиболее бедные 30—40%.

В железных рудах всегда присутствуют вредные при­меси—сера и фосфор. По типу рудного минерала руды бывают следующих основных видов.

Красный железняк. Рудный минерал — тема-, тит, безводная окись железа Fe203 (70% Fe). Руда обычно содержит 50—60% Fe. Это наиболее распро­страненный вид руды во всем мире.

Магнитный железняк. Рудный минерал — маг­нетит, магнитная окись железа Fe304 (72,4%Fe), в руде 55 -60% Fe.

Бурый железняк. Рудный минерал — водные окислы железа: Fe2O3-mH20 (52—66% Fe). В руде обычно содержится 30—50% Fe.

Шпатовый железняк. Рудный минерал — сиде­рит, карбонат железа FeCО3 (48,3% Fe), в руде обычно 30—40 Fe.

Железистые кварциты. Рудный минерал — магнетит или гематит. Эти руды содержат 35—40% Fe с кремнистой пустой породой.

Титаномагнетиты. Комплексная руда, содержа­щая 15—20% Fe, рудными минералами которой являют­ся магнетит и ильменит FeO-TiО2 Ильменит используют в производстве титана.

Марганцевая руда входит в состав шихты доменных печей при выплавке некоторых марок чугуна, а также ферромарганца (до 82% Мп). В ней марганец находит­ся в виде пиролюзита МпО2 и других соединений. Со­держание марганца в руде обычно составляет 25—50%.

Доменные флюсы необходимы для удаления из до­менной печи тугоплавкой пустой породы руды и золы
Сплавляясь с флюсом, они образуют легкоплав­кий сплав — доменный шлак; в расплавленном состоя­нии он удаляется из печи через шлаковую летку. Кроме того, флюс должен обеспечить получение шлака с необходимым химическим составом и физическими свойствами, что в значительной мере определяет состав чугуна.

Флюсы выбирают в зависимости от пустой породы руды. В отечественных железных рудах пустая порода, как правило, содержит избыток Si02. Поэтому в качест­ве флюса используют сильноосновные материалы, глав­ным образом известняк СаС03. Типичный металлурги­ческий известняк после обжига содержит 50—55% СаО. Избыток извести в доменном шлаке способствует также удалению из чугуна серы. На отечественных заво­дах флюсы вводят в доменную печь главным образом в виде офлюсованного агломерата и офлюсованных ока­тышей.
4
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ И ИХ МАРКИРОВКА


Классификация сталей. Стали классифицируются по химическому составу, качеству и назначению. По химическому составу классифицируют главным образом конструкционные стали, предназначенные для изготовления деталей машин и металлических конструкций. Конструкционные стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали могут быть низкоуглеродистые: С ≤0,09 ... 0,25 %; среднеуглеродистые: С ≤ 0,25 ... 0,45 % и высокоуглеродистые: С ≤ 0,45 ... 0,75 %. Легированные стали условно подразделяют на низколегированные с содержанием легирующих элементов 2,5 %; среднелегированные - от 2,5 до 10 % и высоколегированные - более 10 %.

Другие стали, например инструментальные, с особыми физико-химическими свойствами по химическому составу обычно не классифицируются.

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами - жаропрочные, кислотостойкие, износостойкие, магнитные и др.

По качеству различают стали общего назначения, качественные, высококачественные и особовысококачественные, в последнем случае в маркировке указывается способ выплавки и последующей обработки стали.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей - серы и фосфора. Газы являются скрытыми количественно трудноопределяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,05 % S и 0,04 % Р, качественные - не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественные - не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особовысококачественные - не более 0,015 %ShO,025 %P.

Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) обозначаются индексом "Ст" и порядковым номером, например Ст1, СтЗ, Ст5. Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее прочность и ниже пластичность.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскисление - процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si ≤ 0,07 %), но они содержат повышенное количество газообразных примесей.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

При классификации сталей по структуре учитывают особенности их строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; аустенитные и ферритные.

Качественные углеродистые стали согласно ГОСТ 1050-88 маркируются цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: сталь 10, сталь 15, сталь 60. Содержание серы и фосфора в этих сталях не должно превышать 0,035 %. Стали этой группы, содержащие свыше 0,2 % С, выпускаются только спокойными.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с содержанием углерода более 0,7 % имеют в обозначении букву "У" и цифру, указывающую на содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8, У12.

Легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543-71) в зависимости от содержания серы и фосфора подразделяются на качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Все высоколегированные стали содержат минимальное количество вредных примесей и являются высококачественными. Для придания особых свойств их подвергают дополнительной обработке специальными методами, которые отражены в обозначении сталей в конце наименования марки: ВД - вакуумнодуговой переплав, Ш - электрошлаковый переплав, ВИ - вакуумно-индукционная выплавка, СШ - обработка синтетическими шлаками.

Кроме углерода, в стали обязательно присутствуют еще другие элементы, наличие которых обусловлено различными причинами. Различают примеси: постоянные, скрытые, случайные и специально введенные.

Постоянные примеси. Это кремний, марганец, фосфор и сера. Марганец и кремний вводят в процессе выплавки в сталь для ее раскисления, т. е. для удаления закиси железа, поэтому их также называют технологическими примесями.

Кроме того, марганец способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS в стали: FeS+Mn MnS+Fe. Марганец и кремний растворяются в феррите, повышая его прочность; марганец может также растворяться и в цементите. Углеродистые стали обычно содержат до 0,7—0,8% Мn и до 0,5% Si.

Сера — вредная примесь — попадает в сталь главным образом с исходным сырьем — чугуном. Сера нерастворима в железе, она образует с ним соединение FeS —сульфид железа. При взаимодействии с железом образуется эвтектика (Fe+FeS) с температурой плавления 988° С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деформации выше 900° С сталь становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовки разрушаются. Это явление называется красноломкостью. Одним из способов уменьшения влияния серы является введение марганца. Соединение MnS плавится при 1620° С, эти включения пластичны и не вызывают красноломкости.

Содержание серы в сталях допускается не более 0,06%.

Фосфор попадает в сталь главным образом также с исходным чугуном, использованным для выплавки стали. До 1,2% фосфора растворяется в феррите, уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве фосфора в отливке всегда могут образовываться участки, богатые фосфором. Располагаясь вблизи границ зерен, фосфор повышает температуру перехода в хрупкое состояние, т. е. вызывает хладноломкость. Поэтому фосфор, как и сера, является вредной примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до 0,050%.

Чем больше углерода в стали, тем сильнее влияние фосфора на ее хрупкость.

Содержание серы и фосфора в стали зависит от способа ее выплавки.

Скрытые примеси. Так называют присутствующие в стали газы — азот, кислород, водород — ввиду сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при ее выплавке. В твердой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо образуя химические соединения (нитриды, оксиды). Газы могут на­ходиться и в свободном состоянии в различных несплошностях.

Даже в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают пластические свойства стали. Содержание их допускается 10-2 - 10 -4%. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшается, свойства улучшаются.

5 Основные преимущества:

  1. большая прокаливаемость, более 5-10 мм

  2. высокая теплостойкость 550-6500 С

Углеродистые инструментальные стали

Эти стали по ГОСТ 1435—74 содержат 0,65-1,35% С

Они маркируются У7, У7А ... У13, У13А. Буква У обозначает что сталь углеродистая, число показывает содержание углерода в десятых долях.

Углеродистые инструментальные стали обладают высокой твердостью, прочностью, хорошо шлифуются при изготовлении инструмента, дешевы и недефицитны.,

Стали У7, У7А, У8, У8А, содержащие 0,7—0,8% С, применяют для инструментов по дереву и. инструментов ударного действия, когда требуется повышенная вязкость, — пуансонов, кернов, зубил, кузнечных штампов и т.д.

Стали У9—У13 (У9А—У13А), содержащие 0,9— 1,3% С, обладают более высокой твердостью и износостойкостью. Из этих сталей изготавливают сверла, метчики, развертки, фрезы, плашки и др. Из стали У13, имеющей максимальную твердость (HRC 62—64) и износоустойчивость, изготавливают напильники, граверный инструмент и т. п.

Для снижения твердости и создания благоприятной структуры все стали до изготовления инструмента подвергают предварительной термической обработке — отжигу. Поскольку наличие сетки вторичного цементита ухудшает качество и срок службы инструмента, заэвтектоидные стали подвергают сфероидизирующему отжигу, нагревая стали У9 и У10 до 740—750° С, а У11 и У12 до 750—780° С. В результате такого отжига пластины Ц11 делятся (на этот процесс положительно влияет наличие субграниц и скоплений дислокаций). Регулируя скорость охлаждения можно получать глобули Ц11 различного размера.

Окончательная термическая обработка — закалка и отпуск.
Легированные инструментальные стали

Эти стали по ГОСТ 5950—73 обычно содержат 0,9— 1,4% С. Суммарное содержание легирующих элементов (Cr, W, Mn, Si, V и др.) не превышает 5%. Легирующие элементы, увеличивая устойчивость аустенита, уменьшают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость (инструменты из сталей повышенной прокаливаемое™, как правило, прокалива­ются насквозь). Инструменты закаливают в масле, что уменьшает возможность коробления и образования за­калочных трещин.

Термическая обработка таких инструментов заклю­чается в закалке с 800—860° С в масло или ступенчатой закалке (температура закалки определяется составом). Отпуск проводят низкотемпературный — при 150— 200° С. Твердость после термической обработки состав­ляет HRC 61—66. Иногда для увеличения вязкости по­вышают температуру отпуска до 300° С, но при этом твердость понижается до HRC 55—60.

Малолегированные стали, содержащие 1—1,5% ле­гирующих элементов (Х05, 7ХФ, 8ХФ), относятся к сталям небольшой прокаливаемости.

Применяемые для режущего инструмента стали 9ХС, ХВСГ, ХВГ и др. по сравнению с углеродистыми сталями имеют более высокую прокаливаемость, повы­шенную твердость и износоустойчивость.

Повышенное содержание кремния (9ХС, ХВСГ) способствует увеличению прокаливаемости (критичес­кий диаметр для стали 9ХС равен 40 мм, а для стали ХВСГ 100 мм при закалке в масле) и устойчивости мар­тенсита при отпуске.

Повышенное содержание марганца (ХВГ, 9ХВСГ) способствует увеличению количества остаточного аустенита, что уменьшает деформацию инструмента при его закалке. Поэтому эти стали часто применяют для изго­товления инструмента, имеющего большую длину при относительно небольшом диаметре, например протяжек. Легирование хромом увеличивает прокаливаемость и твердость после закалки.

Из сталей этой группы изготавливают различные инструменты — от ударного до режущего. Теплостой­кость инструментов, как правило, не превышает 300" С, поэтому эти стали не используют для обработки с боль­шими скоростями резания.

Так называемая «алмазная» сталь ХВ5 (5% W) бла­годаря присутствию вольфрама в термически обрабо­танном состоянии имеет избыточную мелкодисперсную карбидную фазу и твердость HRC 65—67. Из этой ста­ли изготавливают инструмент, сохраняющий длитель­ное время острые кромки и высокую размерную точ­ность (развертки, фасонные резцы, граверный инстру­мент и т. п.).

К сталям повышенной прокаливаемости относятся и стали с кар­бидным упрочнением, например 6Х6ВЗМФС и 8Х4В2С2МФ. После термической обработки (закалка с 1050—1080° С, отпуск — старе­ние при 520—540° С) инструмент из этих сталей за счет выделения дисперсных карбидов М23С6 и М7С3 приобретает высокую твердость HRC 61—63, имея повышенную вязкость и прочность. Кроме того, он обладает высоким сопротивлением пластической деформации.

СТАЛИ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Измерительные инструменты должны сохранять свою форму и размеры в течение продолжительного времени. Поэтому их следует изготавливать из сталей, имеющих высокую твердость и износостойкость (после соответствующей термической обработки). В этих ста­лях с течением времени не должны совершаться струк­турные превращения, вызывающие изменение разме­ров инструмента. Такие стали должны иметь минималь­ный коэффициент линейного расширения.

С учетом этих требований выбирают соответствую­щие стали и назначают определенный режим термиче­ской обработки. Хорошее сопротивление износу обес­печивается высокой твердостью поверхности (HRC 62— 65).

Малым коэффициентом теплового расширения обла­дают стали с мартенситной структурой. Для измери­тельных инструментов чаще всего используют высоко­углеродистые стали У8—У12, X, Х9, ХГ, Х12Ф1, це­ментуемые (сталь 15, сталь 20) и азотируемые (38ХМЮА).

Структура высокоуглеродистых сталей после обыч­ной термической обработки не является стабильной и всегда содержит какое-то количество остаточного аустенита. Тетрагональность мартенсита со временем уменьшается. Поэтому после закалки применяют ста­билизирующий низкотемпературный отпуск — старение (нагрев до 120—170°С с выдержкой 10—30 ч). Иногда после закалки инструмент подвергают обработке холо­дом, а затем отпуску — старению.

ШТАМПОВЫЕ СТАЛИ

Инструмент, применяемый для обработки металлов давлением (штампы, пуансоны, матрицы, валики и т.д.), изготавливают из штамповых сталей. Так как ме­таллы можно подвергать деформации в холодном, а так­же в горячем состояниях (до 900—1200°С), то различа­ют стали для штампов холодного деформирования и стали для штампов горячего деформирования. Химиче­ский состав, механические свойства и назначение штам­повых сталей приведены в ГОСТ 5950—73.

Стали для штампов холодного деформирования. Стали для изготовления инструментов этой группы дол­жны обладать высокой износостойкостью (высокой по­верхностной твердостью), прочностью, вязкостью (что­бы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением деформации.

Для изготовления штампов небольших размеров (диаметром до 25 мм) используют углеродистую ин­струментальную сталь марок У10, У11, У12. После за­калки и низкого отпуска инструмент из этих сталей бу­дет обладать нужным комплексом свойств. Широко используют легированные стали марок X, Х9, ХГ, 9ХС, Х12М, Х6ВФ (фильеры, плашки и др.). Для повышения износостойкости инструмента после его термической обработки применяют иногда циани­рование или хромирование рабочей поверхности. Для штампов, работающих в условиях износа и давления, применяют легированные стали глубокой прокаливае­мости, например Х12, Х12Ф, ХГЗСВ и т.д.

Если штамповый инструмент испытывает ударные нагрузки, то для его изготовления используют стали, обладающие большой вязкостью (стали 4ХС4, 4ХВС, 5ХНМ, 5ХГМ и т. д.). Это достигается уменьшени­ем содержания углерода, введением легирующих эле­ментов, увеличивающих прокаливаемость, и соответст­вующей термической обработкой — закалка с высоким отпуском (480—580°С). Окончательная твердость HRC 38—45.

Стали для штампов горячего деформирования. Штампы для горячего деформирования работают в бо­лее сложных условиях. Поэтому, кроме перечисленных свойств, стали для таких штампов должны обладать жаропрочностью, теплостойкостью, термостойкостью Они должны быть также минимально чувствительными к отпускной хрупкости, так как в процессе эксплуата­ции может неоднократно происходить нагрев штампов до высоких температур. Кроме того, эти стали должны обладать и хорошей теплопроводностью, чтобы тепло быстро отводилось от рабочей поверхности и т.д.

Если штампы испытывают большие ударные нагруз­ки (например, ковочные штампы), то для их изготовле­ния используют стали, содержащие 0,5—0,6% С, леги­рованные элементами, увеличивающими прокаливае­мость и вязкость (хром, никель, марганец). Для умень­шения склонности к отпускной хрупкости II рода вводят молибден или вольфрам. Это стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХНСВ и т.д.

Закалку осуществляют с 760—820° С, охлаждающая среда зависит от размеров штампов. Температура от­пуска составляет 460—580° С, твердость HRC 35—45.

Инструмент для горячей протяжки, высадки и прес­сования нагревается в работе до более высоких температур. Для такого инструмента используют стали с по­вышенным содержанием вольфрама, обладающие тер­мостойкостью до 650—670° С. Это стали марок ЗХ2В8, 4Х5В2ФС, 4Х4В4ФМ, 6ХВ2С и др.

В настоящее время для изготовления деталей ис­пользуют также метод литья под давлением. Таким образом делают детали как из металлов, так и из пласт­масс. Используемые для этой цели прессформы подвер­гаются износу, коррозии, а также образованию на ра­бочей поверхности сетки разгарных трещин. В зависи­мости от условий работы для изготовления прессформ применяют различные марки сталей.

Для литья металлов с высокими температурами плавления прессформы изготавливают из сталей ЗХ2В8, 4ХВ2С.

Для литья металлов с низкой температурой плавле­ния (например, цинк и его сплавы) прессформы дела­ют из сталей ЗОХГС, 40Х и даже сталей 45 и 50.

Для штампов и форм литья под давлением алюми­ниевых и магниевых сплавов, особенно для штампов сложных по конфигурации, небольших по размерам и работающих с большими ударными нагрузками, при­меняют мартенситностареющие стали.

Литье и прессование пластмасс связаны с износом и коррозией. Поскольку в этом случае температуры со­ставляют порядка 150—200° С, то для изготовления прессформ можно использовать как легированные, так и углеродистые улучшаемые или цементуемые стали. Применяют также и азотируемые стали. Иногда рабо­чую поверхность подвергают хромированию диффузи­онной металлизацией. Для коррозионностойкого ин­струмента используют стали 9X18, Х18МФ, Х14М, 30X13, 40X13


23

1. Курсовая Анализ и диагностика хозяйственной деятельности предприятия 3
2. Контрольная работа на тему Методы расчета производительности труда
3. Реферат на тему Mandatory Voting Essay Research Paper Political ScienceMr
4. Доклад на тему Гравитация и геометрические свойства пространства
5. Реферат на тему Womens
6. Реферат на тему The Artist And The Art Essay Research
7. Курсовая Статистика оборотных фондов
8. Реферат на тему Washington Irving And His Works Essay Research
9. Реферат на тему Recent Drops In The Stock Market Essay
10. Сочинение на тему Блок а а Страшный мир он для сердца тесен